CN101333123A - 城市生活污泥资源化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污泥资源化工艺技术领域，特指一种好氧性生物－物理－化学联用快速发酵技术处理城市生活污泥资源化的工艺，城市污泥、蘑菇渣和绿化垃圾经适当比例调配后，再添加适量生石灰，进行好氧性－物理－化学联用技术进行发酵，发酵产品经筛分，制得精制有机肥；本工艺既快速处理城市污泥、城市绿化垃圾和蘑菇渣三种废弃物资源，又可根据各类园林、果树等营养特点及各地的资源条件，调整混合物原料比例，使其所得有机肥效果最佳，该有机肥养分齐全、肥效大、肥效期长、利用率高，具有改良活性土壤，抗旱保水、防病抗病、提高作物产量及品质的功能，最终实现城市污泥的无害化、减量化及资源化。

Description

城市生活污泥资源化工艺
技术领域
本发明涉及污泥资源化工艺技术领域，特指一种好氧性生物-物理-化学联用快速发酵技术处理城市生活污泥资源化的工艺。
背景技术
污泥是指城市污水处理过程中产生的絮状泥粒，即污水中的固体成分，其特点为有机质含量较高，氮、磷、钾含量较高，水分含量较高(＞80％)因加入絮凝剂成胶体状，极难脱水处理，并含有大量的病原菌、寄生虫、有机污染物及杂草种子等，如将其堆放或填埋均可对周边环境带来严重污染。
目前对城市污泥处理(或处置)大致可分为①填埋、②热干化-焚烧、③堆肥-资源化。
我国目前主要使用填埋法处理城市污泥，一方面需要占用宝贵的土地资源，另一方面会造成垃圾成山、蚊蝇孳生，污染周围环境和地下水源，产生严重的二次污染。某些发达国家主要使用第二种焚烧的方法处理污泥，其存在的主要问题为投资大、处理成本高，焚烧后会排出气体和粉尘，此法不但浪费了资源，同时污染了环境。第三种堆肥处理法主要是将污泥经预处理后，经过发酵处理，研制生产有机肥和有机无机复混肥，此法较前两种方法有明显的优势；其优点是该项工艺的工程建设和运营成本低，操作方便，简单安全，卫生化水平高；其次是堆肥工艺、设备及相关设备研究相对成熟，从而为堆肥产业化提供了技术保障。对于城市污泥，根据其本身的特点，通过添加适当的膨松剂和调理剂进行高温好氧堆肥，可获得品质较高的有机肥料。而且，通过国内外大量实践和研究表明，城市污泥农用资源化是一种处理容量大、环境安全和经济可行的处置方法，同时也有利于维持和提高土壤肥力，有利于土壤资源的可持续利用和农业可持续发展。以城市污泥研制成的有机肥料用于城市园林绿地的建设，不仅是有效的污泥处置途径，实现城市废物的循环利用，而且也是城市绿化的要求。
由于城市污泥含水量高，C/N比低，且含有一定量的重金属，在进行堆肥处理时需添加一定比例的膨松剂和调理剂，以调节污泥水分和C/N比，保证堆肥的顺利进行，同时钝化重金属毒性，达到安全农用的目的。然而，目前对膨松剂、调理剂的选料和配比及堆肥组合工艺的的选择还存在缺陷，使堆肥时间较长，毒性重金属不能有效稳定化，污泥农用存在风险，同时处理成本相对过高，工厂化堆肥处理污泥难大规模的推广应用。
根据以上情况，本发明人检索了国内外有关城市污泥处理的一些专利发明，发现它们各有不足。中国专利号公开号CN1631821公开了一种城市污泥的处理方法，但是忽视了将脱水污泥作为燃料而可能产生的二次大气污染。中国专利公开号CN1762863，公开了一种污泥干化、资源化工艺，其中涉及到了将污泥脱水干化后发酵，进而造粒制成颗粒干污泥作为有机肥，不足之处是在将污泥干化时杀灭了污泥中的微生物，使发酵过程不易顺利进行，同时需要外加大量菌种，增加了处理成本。中国公开专利号CN1974492公开了一种用垃圾和污泥混合二次发酵生产微生物菌肥的方法，其优点是通过发酵解决了垃圾以及污泥对环境的污染问题，同时获得肥效较高的微生物菌肥，不足之处是没有考虑污泥和垃圾中的重金属对环境的影响。中国公开专利号CN1266832公开了一种城市污泥制造有机复合肥料的方法，其优点是用沸石作为污泥的膨胀调理剂，沸石可重复使用，但同时也增加了工艺流程步骤，增大了生产成本。
中国公开专利号CN1445182公开了一种用于有机污泥处理的改进方法，将污泥经过化学和/或物理预处理后，污泥中的细胞的可生物降解性极大地增加，同时还因为在膜式生物反应器中固-液分离和生物降解同时发生，可显著提高污泥效率，不足之处是采用的膜式生物反应器成本相对较高。中国公开专利号CN1654437公开了一种污泥交替好氧厌氧堆肥反应器，其中采用自制堆肥反应器及单片机自动控温的供氧***，但此处理方法无法有效地降低污泥中重金属的毒性。中国公开专利号CN1727292公开了一种半干化与高温好氧堆肥发酵技术集成方法来处理污泥，此法可节约能源，自动化程度高，运行费用低廉，不足之处是该法只是单纯的处理污泥，没有提供综合处理其它城市有机废弃物的方法。中国公开专利号CN1900023公开了一种污泥制造有机肥的方法，采用城市污泥、粉煤灰、稻壳、草炭四种原料的组合配方，进行好氧堆肥发酵。不足之处是提高了堆肥物料混合的难度，采用的物料也增加了堆料重金属的含量。
发明内容
本发明的目的在于针对我国大量城市污泥处理难，提供一种经过无害化、稳定化、生物化处理后转为有机肥料，既变废为宝，减少环境污染，改善生态环境，改良土壤，又符合国家可持续发展战略，实现废弃资源的综合利用的好氧性生物-物理-化学联用快速发酵技术处理城市生活污泥资源化的新工艺。
为达到上述目的本发明通过下述方案实现：
城市生活污泥资源化的工艺，包括以下步骤：
(1)预处理：首先将收集来的绿化垃圾进行粉碎，使其粒径为5～20mm；
(2)有机废弃物的混合堆料；将城市污泥、蘑菇渣和绿化垃圾按5～7∶2～4∶1～2的体积比混合均匀，调节混合堆料的含水量为55％～70％，C/N为25～35∶1；
(3)加入重金属钝化剂
(4)一次发酵；将混合堆料和重金属钝化剂通过机械混合后，转移到发酵槽中，进行一次发酵；其中，强制通风时间4-5次/天，每次30分钟；两天后堆体温度上升到50℃开始翻堆，高温期每4～5天翻堆一次，温度下降到40℃后，每7天翻堆一次，同时将通气时间改为2次/天；15天后一次发酵完成
(5)二次发酵；将一次发酵完成的堆料转移到腐熟仓，发酵时间大约15～30天，完成二次发酵，此时水分已降为35％。
(6)破碎，筛分，成品；将二次发酵堆料破碎、筛分，细粒部分制得成品有机肥，大颗粒部分添加膨松剂回流到一次发酵堆重新发酵。
所述的重金属钝化剂为颗粒状生石灰，添加量为步骤1中混合堆料体积的1％～5％。
本发明工艺的有益效果：
1.充分利用城市污泥、绿化垃圾、蘑菇渣三种固体废弃物资源，解决了城市大部分固废的处理问题，可大大减轻城市环境压力，有利于生态环境，实现废物的循环利用，其社会效益、经济效益显著。
2.混合发酵工艺阶段，利用三种废物资源的优势，合理配方，调节混合发酵原料的水分与C/N；在此高温阶段，堆料中致病菌、虫卵及杂草种子全部杀死，堆料水分下降到35％以下。
3.在堆肥过程中添加一定比例的生石灰，一方面可调节堆料的pH值，使堆肥迅速升温；另一方面可钝化污泥中重金属的浸出毒性，降低物料中重金属生物毒性，实现污泥的重金属无害化，使污泥堆肥达到安全农用的目的。
4.本工艺除臭效果好，蘑菇渣和绿化垃圾中有益菌群能够迅速增长繁殖，降解和转化污泥中在自然条件下有害及不易分解的物质，使高分子状态的物质转化为极易吸收的小分子氨基酸，同时破坏了污泥的胶体成分，使其被各类微生物作为营养成分利用，达到无害、除臭的效果，缩短了发酵时间，有效的去除污泥及垃圾的臭气，产品无不悦气味。
5.本发明制得的污泥堆肥产品，既有养分全、肥期长，利用率高的特点，又具有改良活化土壤、培肥肥力、抗旱保水、提高作物产量及品质的功能。
6.本发明的城市污泥处理技术生产成本低，效益高，适宜于工厂化大规模处理城市污泥。
附图说明
附图1为本发明工艺流程图
具体实施方式
实施例1
下面结合附图对本发明作进一步说明，见附图1所示，一种好氧性生物-物理-化学联用快速发酵技术处理城市生活污泥资源化的工艺，包括以下步骤：
预处理：首先将收集来的绿化垃圾进行粉碎，使其粒径为15mm；
发酵处理城市污泥、绿化垃圾和蘑菇渣，三者总量为100m3，城市污泥为原料，蘑菇渣为调理剂，绿化垃圾为膨松剂，首先量取城市污泥60m3，蘑菇渣30m3，绿化垃圾10m3，使城市污泥∶蘑菇渣∶绿化垃圾比例为6∶3∶1混合堆料；另外量取颗粒生石灰2m3，可调节堆料的pH值，使堆肥迅速升温；另一方面可钝化污泥中重金属的浸出毒性，降低物料中重金属生物毒性，实现污泥的重金属无害化，使污泥堆肥达到安全农用的目的。
将以上物料经机械混匀后，转入宽3米，深1.5米的底部配有PVC通风管的发酵漕内，每天利用压力气泵定时通过从底部通气，通气时间每天4次，每次30min，气流量为200L/min；在发酵进行到2天时，堆体温度上升到50℃，在此高温阶段，堆料中致病菌、虫卵及杂草种子基本全部杀死，并开始翻堆，每5天翻堆一次；15天后，温度下降到40℃下后，完成一次发酵。
将一次发酵的堆料，转移至宽6米，深3米的腐熟仓，进行二次发酵，15天后，堆料基本腐熟完全，蘑菇渣和绿化垃圾中有益菌群能够迅速增长繁殖，降解和转化污泥中在自然条件下有害及不易分解的物质，使高分子状态的物质转化为极易吸收的小分子氨基酸，同时破坏了污泥的胶体成分，使其被各类微生物作为营养成分利用，达到无害、除臭的效果，缩短了发酵时间，有效的去除污泥及垃圾的臭气，产品无不悦气味；筛分，将筛分后的大颗粒类物质(主要是绿化垃圾的枝叶)做为再次发酵的回流膨松剂；筛分后的细粒部分即为肥料成品，经检验，养分含量均超过国家标准，而重金属含量低于国家标准。
经上述工艺得到的堆肥产品养分含量为：
  项目   含量
  有机质   45.6％
  总氮   2.2％
  总磷   1.5％
  总钾   0.7％
  水分   19.2％
  pH   7.0～8.5
堆肥产品中重金属含量与国家标准比较
  元素名称   Cd   Pb   Cu   Zn   Ni   Cr   Hg
  污泥堆肥   5.76   280.9   412.6   372.5   102.6   259.6   4.25
  国家标准   20.0   1000   500   1000   200   1000   15
注：单位为mg/kg
实施例2
预处理：首先将收集来的绿化垃圾进行粉碎，使其粒径在5mm；
发酵处理城市污泥、绿化垃圾和蘑菇渣，三者总量为100m3，城市污泥为原料，蘑菇渣和绿化垃圾为膨松剂，首先量取城市污泥70m3，蘑菇渣20m3，绿化垃圾10m3，使城市污泥∶蘑菇渣∶绿化垃圾比例为7∶2∶1。
将以上物料经机械混匀后，转入宽3米，深1.5米的底部配有PVC通风管的发酵漕内，每天利用压力气泵定时通过从底部通气，通气时间每天4次，每次30min，气流量为200L/min；在发酵进行到2天时，堆体温度上升到50℃，在此高温阶段，堆料中致病菌、虫卵及杂草种子全部杀死，此时加入3m3的生石灰，搅拌均匀，可调节堆料的pH值，使堆肥迅速升温；另一方面可钝化污泥中重金属的浸出毒性，物料中有毒重金属形态含量大大低于农业标准，实现污泥的重金属无害化，使污泥堆肥达到安全农用的目的，每5天翻堆一次；15天后，温度下降到40℃下后，完成一次发酵。
将一次发酵的堆料，转移至宽6米，深3米的腐熟仓，进行二次发酵，每8天翻堆一次，15天后，堆料基本腐熟完全，蘑菇渣和绿化垃圾中有益菌群能够迅速增长繁殖，使高分子状态的物质转化为极易吸收的小分子氨基酸，同时破坏了污泥的胶体成分，使其被各类微生物作为营养成分利用，达到无害、除臭的效果，缩短了发酵时间，有效的去除污泥及垃圾的臭气，产品无不悦气味；筛分，将筛分后的大颗粒类物质(主要是绿化垃圾的枝叶)做为再次发酵的回流膨松剂；筛分后的细粒部分即为肥料成品，经检验，养分含量均超过国家标准，而重金属含量低于国家标准。
经上述工艺得到的堆肥产品养分含量为：
  堆肥指标   有机质   总氮   总磷   总钾 水分   pH
  污泥堆肥含量   40.2％   2.42％   1.3％   0.75％ ＜20％   7.5-8.5
堆肥产品中重金属含量与国家标准比较
  元素名称   Cd   Pb   Cu   Zn   Ni   Cr   Hg
  污泥堆肥   6.23   352.3   452.2   458.5   152.6   563.0   3.2
  国家标准   20.0   1000   500   1000   200   1000   15
注：单位为mg/kg
将本发明的堆肥产品，按照成本相同原则用于广州岑村、东莞万江区的试验，结果如下：
1.凉瓜施用750Kg/亩本堆肥产品时的产量比施等量一般城市生活垃圾堆肥时增产9.2％，亩增加经济效益500余元，还能有效增加单瓜重，凉瓜长度和围径，改善凉瓜品质，提高凉瓜商品等级。
2.草坪亩施用500Kg/亩本堆肥产品与等成本化肥投入相比，草坪色泽好，绿期长，抗病虫害能力增强，同时减少浇灌水量
3.结果的成年荔枝在果实采收后(8月份)单棵施肥40公斤本堆肥产品时，比单株施用等成本的复合肥(15-15-15)增加40公斤，且坐果提前一周，果实着色好，采摘期长3-4天，口感甜度增加。

Claims (2)

1、城市生活污泥资源化工艺，其特征在于：包括以下步骤，
(1)预处理：首先将收集来的绿化垃圾进行粉碎，使其粒径为5～20mm；
(2)有机废弃物的混合堆料；将城市污泥、蘑菇渣和绿化垃圾按5～7∶2～4∶1～2的体积比混合均匀，调节混合堆料的含水量为55％～70％，C/N为25～35∶1；
(3)加入重金属钝化剂；
(4)一次发酵；将混合堆料和重金属钝化剂通过机械混合后，转移到发酵槽中，进行一次发酵；其中，强制通风时间4-5次/天，每次30分钟；两天后堆体温度上升到50℃开始翻堆，高温期每4～5天翻堆一次，温度下降到40℃后，每7天翻堆一次，同时将通气时间改为2次/天；15天后一次发酵完成；
(5)二次发酵；将一次发酵完成的堆料转移到腐熟仓，发酵时间大约15～30天，完成二次发酵，此时水分已降为35％；
(6)破碎，筛分，成品；将二次发酵堆料破碎、筛分，细粒部分制得成品有机肥，大颗粒部分添加膨松剂回流到一次发酵堆重新发酵。
2、根据权利要求1所述的城市生活污泥资源化工艺，其特征在于：所述的重金属钝化剂为颗粒状生石灰，添加量为步骤1中混合堆料体积的1％～5％。
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